2019 Fiscal Year Annual Research Report
Motor control mechanism of neuro-musculo-skeletal system with motor coordination as virtual constraints
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16K00356
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| Research Institution | Okayama Prefectural University |
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Principal Investigator |
山崎 大河 岡山県立大学, 情報工学部, 准教授 (40364096)
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2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 協調 / あん馬 / 両足旋回 / クランク回転作業 / 自転車ペダリング動作 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，制御の難しさの「質」の異なる様々な運動の制御を「協調」という共通の視点でとらえることで，ヒトの運動制御の新たなモデルの提案を目指している．今年度は，体操・あん馬での両足旋回運動，上肢によるクランク回転作業，下肢による自転車ペダリング動作の運動制御モデルを構築した．
体操・あん馬での両足旋回運動に関して，従来提案していた２次元平面内でのモデルを，新たに３次元空間での運動制御モデルへと拡張した．体操選手の身体全体を１本の剛体とみなして，その３次元的な回転を考えた．あん馬の把手（ポメル）と腕の間の関節，および肩関節において発生するトルクがゼロのままで回転できる運動軌道を求めて，その制御が可能なことを示した．なお，この条件をみたす運動軌道は，体操選手の運動に類似した特徴を有していた．
クランク回転作業および自転車ペダリング動作の運動制御モデルを構築した．いずれも，関節結合などの物理拘束と，関節間協調などの仮想拘束を，共にある種の協調とみなた制御機構を仮定して，実際に運動制御が可能であることを示した．これらの運動の特徴は，系の自由度よりも駆動入力数が大きいこと（駆動冗長系であること）にあるが，この特徴は１つの関節を複数の筋で駆動する，一般的な筋骨格系にも共通する特徴である．そのため，本研究では，クランク回転作業には，筋間の負荷配分問題として知られる最適化問題と相似の問題が存在することを指摘して，その解決法を提案した．
以上の結果は，本研究で開発している運動制御モデルの枠組みが，様々な運動に拡張可能なことを示している．
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